Transformateurs triphasés immergés dans l'huile série S13 : guide de sélection pour les transformateurs de distribution à faibles pertes de nouvelle génération

Dans les systèmes de distribution 10 kV, les transformateurs de distribution triphasés immergés dans l’huile comptent depuis longtemps parmi les types d’équipements les plus utilisés. Qu'il s'agisse de complexes résidentiels urbains, de modernisation du réseau rural ou d'alimentation électrique de sites industriels et de bâtiments commerciaux, les transformateurs immergés dans l'huile de 10 kV jouent un rôle crucial dans la transformation de tension et la distribution d'énergie.

Alors que les normes d'efficacité énergétique pour les équipements de distribution continuent d'augmenter, les transformateurs traditionnels des séries S9 et S11, en raison de leurs pertes relativement plus élevées, sont de moins en moins en mesure de répondre aux exigences d'économie d'énergie de certains projets. En revanche, la série S13 offre une efficacité opérationnelle et une fiabilité des équipements améliorées grâce à des structures de base optimisées, une application de matériaux avancée et des conceptions entièrement étanches ; par conséquent, il est devenu un modèle privilégié pour le remplacement et la mise à niveau des transformateurs de distribution 10 kV.

Cet article décrit les désignations des modèles, les caractéristiques structurelles, les paramètres de performance clés et les scénarios d'application pratiques des transformateurs immergés dans l'huile triphasés de la série S13, servant de référence pour la sélection, l'approvisionnement, l'exploitation et la maintenance.

I. Désignation du modèle : déchiffrement du « code d'identité » S13

Les désignations des modèles de transformateurs de distribution consistent généralement en une combinaison de lettres et de chiffres, avec des symboles spécifiques représentant la structure du produit, la classe de performance et les paramètres évalués. En prenant comme exemple le modèle commun S13-M.RL-500/10, la répartition est la suivante :

Ainsi, S13-M.RL-500/10 désigne un transformateur de distribution triphasé immergé dans l'huile d'une capacité nominale de 500 kVA et d'une classe de tension de 10 kV, doté d'une structure à noyau enroulé tridimensionnel entièrement scellée.

Notamment, le « M » signifie une structure entièrement scellée, qui est une caractéristique clé de la conception de la série S13.

Les transformateurs traditionnels immergés dans l'huile sont généralement équipés d'un conservateur d'huile ; l'huile du transformateur interagit avec l'air pour s'adapter aux changements de volume provoqués par les fluctuations de température. Cependant, lors d'un fonctionnement à long terme, l'humidité et l'oxygène de l'air peuvent faire vieillir progressivement l'huile du transformateur, compromettant ainsi les performances d'isolation.

La structure entièrement scellée élimine le conservateur d'huile, utilisant plutôt l'expansion et la contraction du réservoir ondulé lui-même pour compenser les changements de volume d'huile. Cela isole l'huile du transformateur de l'atmosphère extérieure, réduisant ainsi les risques de dégradation de l'huile et d'absorption d'humidité et améliorant la stabilité de l'équipement pendant un fonctionnement à long terme.

II. Principales caractéristiques techniques de la série S13

Notamment, le « M » signifie une structure entièrement scellée, qui est une caractéristique clé de la conception de la série S13. Les transformateurs traditionnels immergés dans l'huile sont généralement équipés d'un conservateur d'huile ; l'huile du transformateur interagit avec l'air pour s'adapter aux changements de volume provoqués par les fluctuations de température. Cependant, lors d'un fonctionnement à long terme, l'humidité et l'oxygène de l'air peuvent faire vieillir progressivement l'huile du transformateur, compromettant ainsi les performances d'isolation.

La structure entièrement scellée élimine le conservateur d'huile, utilisant plutôt l'expansion et la contraction du réservoir ondulé lui-même pour compenser les changements de volume d'huile. Cela isole l'huile du transformateur de l'atmosphère extérieure, réduisant ainsi les risques de dégradation de l'huile et d'absorption d'humidité et améliorant la stabilité de l'équipement pendant un fonctionnement à long terme.

1. Réduction des pertes à vide et amélioration de l’économie opérationnelle

Pendant le fonctionnement du transformateur, le noyau de fer génère une certaine perte même lorsqu'il n'y a pas de charge ; c'est ce qu'on appelle la perte à vide. Étant donné que les transformateurs de distribution restent généralement sous tension pendant de longues périodes, la réduction des pertes à vide est cruciale pour minimiser la consommation d'énergie annuelle.

La série S13 atteint des pertes à vide inférieures par rapport à la série S11 grâce à des matériaux de base et des processus de fabrication optimisés.

Ces produits utilisent généralement des tôles d'acier au silicium à grains orientés laminées à froid de haute qualité pour le noyau et emploient des configurations de joints optimisées pour minimiser la perte de flux magnétique. Certains modèles hautes performances utilisent de l'acier au silicium à haute perméabilité pour améliorer encore les propriétés magnétiques.

De plus, le processus de fabrication du noyau utilise une structure de joint entièrement en onglet à 45°, qui minimise les variations de réluctance magnétique dans le circuit magnétique et réduit les pertes de fer pendant le fonctionnement.

Concernant les matériaux conducteurs, la série S13 utilise généralement du fil de cuivre à haute conductivité pour les enroulements afin de réduire les pertes résistives sous charge et d'améliorer l'efficacité opérationnelle globale.

En prenant comme exemple une unité de 10 kV et 500 kVA, la série S13 présente des pertes à vide inférieures à celles des modèles S11 traditionnels, réduisant ainsi le gaspillage d'énergie lors d'un fonctionnement à long terme.

2. Application de la structure tridimensionnelle du noyau de la plaie

Certains modèles de la série S13 présentent une structure à noyau enroulé tridimensionnel (type RL), ce qui représente une tendance significative dans l'optimisation structurelle des transformateurs de distribution ces dernières années.

Contrairement aux noyaux empilés traditionnels, le noyau enroulé en trois dimensions est formé par un processus d'enroulement continu pour créer un circuit magnétique triphasé fermé. Les trois membres du noyau sont disposés dans une configuration tridimensionnelle, ce qui donne lieu à un circuit magnétique triphasé plus équilibré. Cette structure offre les fonctionnalités clés suivantes :

·Symétrie améliorée du circuit magnétique : la réluctance magnétique entre les trois phases est essentiellement uniforme, contribuant ainsi à réduire le courant d'excitation ;

·Pertes à vide réduites : les pertes de flux magnétique sont minimisées, améliorant ainsi l'efficacité d'utilisation du noyau ;

· Bruit de fonctionnement réduit : les effets de magnétostriction réduits se traduisent par un fonctionnement plus silencieux et plus fluide ;

·Haute résistance structurelle : la structure centrale intégrée améliore la stabilité mécanique.

Les produits dotés d'une conception à noyau enroulé en trois dimensions offrent des avantages distincts pour les endroits soumis à des exigences strictes en matière de contrôle du bruit, tels que les zones résidentielles et les bâtiments commerciaux.

3. Structure entièrement scellée pour une fiabilité opérationnelle améliorée

La conception entièrement étanche est une caractéristique clé qui distingue les transformateurs de la série S13-M des modèles traditionnels immergés dans l'huile.

Les transformateurs immergés dans l'huile conventionnels utilisent généralement une structure de conservateur d'huile (vase d'expansion), dans laquelle le niveau d'huile fluctue pour s'adapter aux changements de volume induits par la température. Cependant, lors d'un fonctionnement à long terme, l'humidité, l'oxygène et les impuretés de l'air peuvent pénétrer dans l'huile, accélérant le vieillissement de l'huile isolante et compromettant les performances d'isolation du transformateur.

La série S13-M utilise une structure entièrement scellée avec un réservoir ondulé, éliminant ainsi le besoin d'un conservateur d'huile traditionnel. À mesure que la température de fonctionnement change, les parois ondulées du réservoir se dilatent et se contractent pour compenser les variations du volume d'huile, garantissant ainsi que l'huile interne reste complètement isolée de l'environnement extérieur.

Cette structure offre plusieurs avantages clés :

·Minimise le contact entre l'huile du transformateur et l'air, ralentissant le taux d'oxydation de l'huile ;

·Réduit le risque de pénétration d'humidité, qui pourrait autrement dégrader les performances d'isolation ;

·Réduit le besoin de tâches d'entretien de routine telles que le réapprovisionnement ou le remplacement de l'huile ;

·Convient aux environnements extérieurs et aux scénarios nécessitant un fonctionnement continu à long terme.

Pour les équipements de distribution installés dans des emplacements dispersés ou des zones avec un accès limité pour la maintenance, tels que les réseaux électriques ruraux, les sous-stations extérieures de type boîtier et les systèmes de distribution des parcs industriels, la structure entièrement scellée contribue à alléger le fardeau de l'exploitation et de la maintenance en cours.

4. Capacité élevée de tenue aux courts-circuits

Pendant le fonctionnement réel, les transformateurs de distribution peuvent être soumis à des conditions anormales telles que des défauts de ligne ou des courts-circuits externes. Lorsqu'un court-circuit se produit, les enroulements sont soumis à des forces électromagnétiques importantes ; par conséquent, la conception structurelle du transformateur doit posséder une résistance mécanique suffisante.

La série S13-M.RL utilise une structure à noyau enroulé en trois dimensions, offrant une rigidité globale élevée à l'ensemble transformateur. Les enroulements présentent généralement une structure cylindrique avec des bobines concentriques haute et basse tension, permettant une répartition plus uniforme des forces électromagnétiques axiales et radiales générées par les courants de court-circuit.

Pendant ce temps, l'assemblage interne est sécurisé à l'aide de pinces, de tirants et de structures de support isolantes pour améliorer la stabilité mécanique globale, améliorant ainsi la capacité du transformateur à résister à l'impact de courts-circuits soudains.

Il convient de noter que la capacité de tenue aux courts-circuits d'un transformateur dépend non seulement de la structure du noyau, mais également de la conception des enroulements, des processus de fabrication, des matériaux d'isolation et de la qualité de l'assemblage ; par conséquent, des évaluations complètes basées sur les données d'essais de type du fabricant doivent être menées lors de la sélection réelle du projet.

III. Paramètres de performances techniques

La série S13 de transformateurs immergés dans l'huile triphasés de 10 kV offre une large gamme de capacités, couvrant les capacités nominales standard couramment utilisées dans les systèmes de distribution d'énergie générale. Voici quelques paramètres typiques de la série S13-M.RL :

Spécifications techniques générales

Les transformateurs de distribution 10 kV de la série S13 répondent généralement aux exigences techniques de base suivantes :

*Fréquence nominale : 50 Hz

*Classe de tension nominale : 10 kV / 0,4 kV

*Méthode de refroidissement : ONAN (refroidissement naturel immergé dans l'huile)

*Classe d'isolation : isolation de classe A

*Plage de taraudage HT : ±5 % ou ±2×2,5 %

*Groupe de vecteurs : Dyn11 ou Yyn0

Parmi ceux-ci, le groupe vectoriel Dyn11 est largement utilisé dans les applications de distribution d'énergie urbaine et de charge industrielle, car l'enroulement connecté en triangle permet aux courants de troisième harmonique de circuler en interne, contribuant ainsi à atténuer l'impact des harmoniques sur le système d'alimentation électrique.

IV. Exigences de qualité d'efficacité énergétique

Les transformateurs de distribution sont des équipements conçus pour un fonctionnement à long terme et leurs niveaux de pertes affectent directement les coûts d'exploitation du réseau. Par conséquent, les normes nationales ont établi des exigences claires concernant les indicateurs d’efficacité énergétique des transformateurs. Selon les valeurs minimales admissibles standard d'efficacité énergétique et de niveaux d'efficacité énergétique pour les transformateurs de puissance (GB 20052-2020), les mesures de perte de la série S13 répondent aux exigences d'efficacité énergétique pertinentes, ce qui en fait des transformateurs de distribution à économie d'énergie largement utilisés sur le marché actuel.

A noter que la norme GB 20052 a été mise à jour. GB 20052-2024 entrera en vigueur le 1er février 2025 ; s'appuyant sur la version précédente, il affine davantage les exigences d'efficacité énergétique pour les transformateurs dans de nouveaux scénarios d'application énergétique, y compris les équipements pour l'énergie photovoltaïque (PV), l'énergie éolienne et les systèmes de stockage d'énergie.

Pour les projets de distribution standard de 10 kV, la série S13 répond aux besoins conventionnels en matière d'économie d'énergie. Cependant, pour les projets ayant des exigences de consommation d'énergie plus strictes, tels que les bâtiments écologiques, les centres de données à grande échelle et les nouvelles centrales énergétiques, des produits présentant des niveaux d'efficacité énergétique plus élevés (par exemple, les séries S20 ou S22) peuvent être envisagés, en fonction des budgets d'investissement et des cycles de vie opérationnels.

V. Scénarios d'application

Les transformateurs triphasés immergés dans l'huile de la série S13 sont principalement utilisés dans les systèmes de distribution CA 50 Hz évalués à 10 kV ou moins. Ils conviennent aux applications nécessitant une fiabilité opérationnelle élevée, de faibles niveaux de pertes et une facilité de maintenance.

Il convient de noter que les nouveaux projets énergétiques impliquent souvent des conditions de fonctionnement des transformateurs plus complexes. Outre les mesures de capacité et de perte, des facteurs tels que les niveaux d'harmoniques, les fluctuations de charge et les exigences de connexion au réseau doivent être pris en compte. Par conséquent, pour des applications telles que le photovoltaïque et le stockage d'énergie, des produits adaptés doivent être sélectionnés en fonction des exigences techniques spécifiques du projet. VI. Analyse économique comparative : série S13 par rapport à la série S11

Lors de la sélection des transformateurs de distribution, le choix entre les séries S13 et S11 dépend non seulement du prix d'achat initial, mais également d'une évaluation complète des pertes d'énergie et des coûts de maintenance à long terme.

Par rapport à la série S11, la série S13 permet de réduire davantage les pertes à vide et sous charge grâce à des matériaux de base et des processus de fabrication optimisés. Étant donné que les transformateurs de distribution fonctionnent généralement en continu sur de longues périodes, les pertes à vide persistent même dans des conditions de faible charge ; par conséquent, minimiser ces pertes est pratiquement important pour améliorer l’efficacité économique du cycle de vie de l’équipement.

En prenant comme exemple un transformateur de 10 kV et 500 kVA, le tableau suivant compare les coûts d'exploitation des deux produits sur la base d'une hypothèse de 8 000 heures de fonctionnement annuelles et d'un prix de l'électricité de 0,8 RMB/kWh :

Les calculs ci-dessus démontrent que, dans des conditions de fonctionnement à long terme, la série S13 réduit les coûts d'électricité en minimisant les pertes d'énergie. Pour les projets impliquant des durées de fonctionnement prolongées et des charges stables, les économies réalisées grâce à l’efficacité énergétique peuvent généralement compenser l’investissement initial plus élevé au fil du temps.

Il convient de noter que la période de récupération réelle dépend de facteurs tels que le prix d'achat de l'équipement, les tarifs d'électricité locaux, le facteur de charge et la durée d'exploitation ; par conséquent, une évaluation complète basée sur des conditions de fonctionnement spécifiques est recommandée lors du processus de sélection.

Foire aux questions (FAQ)

Q1 : Quelles sont les principales différences entre la série S13 et la série S11 ?

La principale amélioration de la série S13 par rapport à la série S11 réside dans le contrôle des pertes. En optimisant les matériaux de base et les processus de fabrication, la série S13 réduit encore davantage les pertes à vide, améliorant ainsi l'efficacité économique lors d'un fonctionnement à long terme. Le taux spécifique de réduction des pertes dépend de la capacité du produit, de la conception structurelle et des spécifications techniques du fabricant.

Q2 : Quelle est la différence entre le S13-M et le S13-M.RL ?

Le S13-M présente une structure entièrement scellée ; sa principale caractéristique est l'élimination du conservateur d'huile, isolant ainsi l'huile du transformateur de l'air extérieur.

Sur cette base, le S13-M.RL intègre une structure de noyau enroulé en 3D. Cette conception optimise le circuit magnétique pour réduire davantage les pertes et le bruit de fonctionnement tout en améliorant la stabilité structurelle.

Q3 : À quelles normes d'efficacité énergétique la série S13 répond-elle ?

La série S13 est conforme aux exigences énoncées dans les « Valeurs minimales admissibles d'efficacité énergétique et de niveaux d'efficacité énergétique pour les transformateurs de puissance. » Avec la mise en œuvre de la norme GB 20052-2024, les exigences d'efficacité énergétique pour les transformateurs de distribution ont été augmentées ; par conséquent, les produits présentant la classe d'efficacité énergétique appropriée doivent être sélectionnés en fonction des exigences spécifiques du projet.

Q4 : Dans quelles applications la série S13 est-elle principalement utilisée ?

La série S13 est principalement utilisée dans les systèmes de distribution évalués à 10 kV et moins, notamment les réseaux électriques urbains et ruraux, les complexes résidentiels, les bâtiments commerciaux, les entreprises industrielles et certains projets de soutien aux nouvelles énergies.

Q5 : Un transformateur entièrement scellé ne nécessite-t-il aucun entretien ?

La structure entièrement scellée minimise le contact entre l'huile du transformateur et l'air, réduisant ainsi les risques de dégradation de l'huile et d'absorption d'humidité, ce qui réduit la charge de travail pour l'entretien de routine. Cependant, l'équipement nécessite toujours des inspections régulières et des tests périodiques conformément aux normes en vigueur pour garantir un fonctionnement sûr et à long terme.